碳中和，指通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。简单来说，碳就是二氧化碳，碳中和就是通过节能减排的方式来降低温室效应。实际上过去的几年里，中国乃至全世界都在为了这三个字做着各自的努力：
气候变化是人类面临的最严峻生态危机。政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的《全球温控1.5℃特别 告》指出，实现1.5℃温控目标有望避免气候变化给人类社会和自然生态系统造成不可逆转的负面影响。积极加强全球气候变化合作与应对已成全球共识，气候变化国际合作备受期待。就目前来说，中国低碳转型面临巨大挑战。一方面，中国制造业在国际产业价值链中仍处于中低端，能耗物耗高产业较多，经济结构调整和产业转型任务艰巨；另一方面主要是中国高碳的能源结构，中国能源结构中化石能源占比超过80%，亟须向清洁能源转型。因此，中国能源消费和经济转型、二氧化碳和温室气体减排的速度和力度，要比发达国家大得多。
然而这词儿被提出了一年多，我们发现，碳中和可不是简简单单的“节能减排”~反而最终“减”出了不少成果~首先就是能源领域：利用电解手段将二氧化碳转化为甲酸等高价值的化学品，是当前二氧化碳利用的一大方向。而且，电解所需的电力为风力、电力等清洁能源，不会产生额外的污染。不过，科学家的这一设想虽好，但距离产业化还有很长的一段距离。其中，电解产物驳杂、提纯难度大这些问题，便是全球面临的共同难题。
氧化碳分解物不只是有甲酸，还有一氧化碳、乙烯、乙醇等副产物。想要在如此驳杂的电解质溶液中提取出液体产物，无疑会耗费不小的力气，这些就使得提纯的成本一直居高不下，让二氧化碳电解产业化迟迟不能实现。若是能解决二氧化碳分解物问题，那二氧化碳真正实现“变废为宝”也就有了更多的可能。
于是，在去年年底~中科院传来了一个好消息~
中国科学院大连化学物理研究所肖建平研究院、中国科技大学曾杰教授、电子科技大学夏川教授三方联手，在二氧化碳电解方面取得重大突破。根据介绍，研究团队研发出了一种能实现二氧化碳到甲酸单一转化的铜基单原子催化剂，这种催化剂具有低成本、高活性的优势。
同时，研究团队还开发了一种配合催化剂使用的电解装置，该装置能够实现纯甲酸液体燃料的连续制备，能大大提升制备的效率。中科大等研究人员的这一成果，攻克了二氧化碳产物分离成本高、效率慢的业界难题，无疑将二氧化碳产业化进程推进了一大步，这样的成绩舒适令人瞩目。如今，中国科学家的这一成果已经在《自然 纳米技术》这一国际顶级学术期刊上发表。
而除了如今的二氧化碳转化高价值液体燃料甲酸这一成果外，在此前的 章中我们也提到过，我国还成功将二氧化碳人工合成淀粉。人工合成淀粉的效率要远高于天然合成，这为中国人的粮食安全带来了进一步的保障。同时，人工合成过程中不像天然合成那样，需要用到大量的水、肥料等，既减少了资源的消耗又降低了污染。此外，二氧化碳加氢制甲醇、二氧化碳回收再利用等，都是二氧化碳的利用方向。在多种手段之下，这个全球气候变暖的罪魁祸首，也能为人类带来巨大的益处。
你不知道的中国“碳中和”
成果比你想象的更多~
中科院成都生物研究所研究员李东从盒子里取出了一小袋咖啡色的粉末。打开袋子，在袋口上方轻扇，一阵油枯香气扑鼻而来。“见过沼液没？一种有机废弃物经沼气发酵后的含氮废水，这个东西就是沼液‘变’的蛋白粉。”李东介绍，目前已经对其进行了灭菌处理和重金属检测评估，“如果要当蛋白粉吃，是没有问题的”。而这包蛋白粉正是李东关于沼液生产单细胞蛋白饲料研究的最新成果。近期，相关成果相继发表在Poultry Science、Electronic Journal of Biotechnology等期刊上，同时获得中国发明专利授权。
与植物源蛋白相比，该技术生产出的蛋白饲料合成速率较快，无需日照和大量土地，成本低。更重要的是，生产过程中能有效利用废弃碳源从而减少碳排放，在“双碳”背景下意义重大。
原 址：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/1/472390.shtm
生物能源属于碳零排范畴，指从生物质中得到的能源，只要有太阳，生物能源就会取之不尽。其通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能在使用后又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环过程。所以从理论上看，二氧化碳的净排放其实为零，生物能源也被视为可再生的清洁能源。
要实现负排放，那就要阻断循环。“简单来说，在这个循环过程中，如果不让这些生物质——例如农林废弃物、牲畜粪便等进行燃烧使用，那就不会再生成二氧化碳并排放到大气中。”李东说。因此，他找到了另一种变“废”为宝的方法：有机废弃物腐殖化利用。
“含腐植酸有机肥可以理解为一种作为肥料的‘煤’，因为它就封存于地下，很难再被分解。”李东介绍，还有一种方法是将有机废弃物经过热解炭化或者水热炭化，做成生物炭。“同样是封存在地下，它是一种缓释肥。相较于普通肥料，它不易受到降雨影响导致淋溶，从而造成资源损失和面源污染。”他表示，这类腐植酸或生物炭基肥料可用于农业种植生产、土壤改良、生态复绿。“比如在一些荒坡或者废弃矿山，土壤没有有机质没法长东西，我们就可以把腐植酸肥放进去，让荒地变沃土。”
“固定”二氧化碳：负排放技术一举多得
李东认为，有机废弃物腐殖化利用和生物炭肥制备都是从面源上将大气中的二氧化碳进行“固定”利用，达到负排放的目的。而针对大沼气工程、发电厂、燃煤电厂以及炼钢厂等点源碳排问题，他提出了一种新的负排放技术——“POWER TO X”。
“‘POWER’ 指的是电，而‘X’可以指天然气（GAS）一类的碳基能源、化学品、材料、饲料甚至食品等。”李东举例，POWER TO GAS（可再生电转生物天然气）这项技术，指的就是先捕获工厂和沼气池产生的二氧化碳，利用可再生电水解制氢，再将氢气用于还原沼气中的二氧化碳，使二氧化碳变为甲烷，替代天然气使用。在整个环节中，氢气承担了重要的角色。“我们要把二氧化碳生成我们需要的天然气、化学品等，是需要耗能的，而氢就是一种能量。”李东说。
目前，电解水制氢技术已经相对成熟，只是还未形成安全的氢气输配管 和终端利用设施。“但我们的天然气管 相当完善，所以可以通过‘POWER TO GAS’技术，利用好氢气，生成天然气，这样使用和储存都更方便。” 李东表示，过程中电解水制氢技术的应用，也能解决“电”的储存问题。
李东描绘了一个未来的应用场景：用电低峰时，某水电厂的电就被输送到大型生物天然气工程，经过电解水制氢，将要排放的二氧化碳还原为能够储存的天然气；用电高峰时，又能利用储罐里的天然气进行发电。
更多可能性有待探索
而“GAS”（天然气）只是“POWER TO X”中“X”的可能性之一，李东对这项技术的拓展和开发不止于此。“我们的社会是一个碳基社会，人们的吃、穿、住、用、行，乃至人类生命体均离不开碳。所以围绕这项技术理念和路线，我们还能转化出化学品、材料、饲料和食品等。” 李东展示出的特殊“蛋白粉”，正是该技术的又一体现。他解释，在这个沼液氨氮生产单细胞蛋白饲料研究项目中，摒弃了传统的硝化-反硝化的处理沼液的方式，将废弃的含有高浓度氨氮的沼液进行饲料化利用，构建“氨氮-蛋白氮”短流程氮循环。利用微生物把沼液氨氮和养分合成蛋白质，变成蛋白粉。
在“蛋白粉”生成过程中，同样可以利用沼气中的二氧化碳作为碳源，电解水制氢的氢作为能源。“POWER TO X”中的“X”，变成了“PROTEIN”（蛋白）。 李东介绍，这项技术在农业领域具有广阔的应用前景，因为生成的蛋白粉可用作饲料使用。“如果未来能够全面推广，不仅解决了沼气生物天然气产业瓶颈，在沼液资源化利用方面实现突破，对我国粮食安全也有重要的战略意义。”
此外，他还设想了一个应用场景：中国空间站。“在空间站内，太阳帆板一展开就有电，航天员们又呼出了二氧化碳，如果再有氢，尿液提供氮源，我们是否就能应用这项技术来实现航天员每天摄入的食物，也就是营养物的循环‘使用’？” 其实这一循环利用的理念已经在空间站实现，李东提到，空间站内航天员喝的水，有一部分就是经过尿和水循坏系统处理而来的。“因为物质是守恒的，我们要的就是提供物质不停的循环变化所需的能量。”
写在 末：从人工淀粉到蛋白粉，再到为发电提供能源~碳中和已经从节能减排飞跃到再利用的科学范畴，而这当中又以能源领域备受关注，由发电而来，回到能源中去~这种良性循环，也许是只有科技才能为我们实现的美好未来
关注中国科技发展
为中国能源提供安全实验保障~
伊特克斯手套箱~
声明：本站部分 章内容系出于传递信息之目的源自于第三方 站转载，行业企业、终端用户投稿。若对稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与本 站联系，本 站将迅速给予回应并第一时间做出处理（联系邮箱：jinwei@zod.com.cn）。